Détails du sujet
Dimensionnement et simulation dynamique d'une centrale thermoélectrique à cycle combiné exploitant le gaz méthane du Lac Kivu pour l'alimentation industrielle à Goma
Résumé
Auteur : AMISI Joseph
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-03-04 07:17:27
Mots clés
Central thermoélectrique
Intérêt
Intérêt Technique et Scientifique : Maîtriser le couplage entre la thermodynamique (cycles de Brayton et de Rankine) et l'électrotechnique (machines synchrones et régulation) à travers une modélisation avancée sur MATLAB/Simulink.
Intérêt Économique et Industriel : Démontrer qu'une industrie locale peut s'affranchir des groupes électrogènes au diesel (coûteux et polluants) en exploitant une ressource locale continue, avec un rendement global maximisé par la technologie du cycle combiné.
Intérêt Stratégique : Proposer un modèle théorique reproductible qui pourrait inspirer les futurs projets énergétiques de la RDC dans la région du Nord-Kivu, tout en réduisant le risque d'éruption limnique du lac.
Problématique
La ville de Goma et ses environs connaissent une croissance industrielle et démographique rapide, mais le développement est freiné par un déficit énergétique chronique. L'alimentation actuelle, majoritairement hydroélectrique (vulnérable aux étiages) et interconnectée à des réseaux de transport vieillissants, ne garantit pas la stabilité requise par les industriels.Paradoxalement, le sous-sol du Lac Kivu regorge d'environ 60 milliards de mètres cubes de gaz méthane, une ressource locale de base largement inexploitée du côté congolais.
Le problème technique à résoudre : Comment dimensionner et modéliser un système de conversion énergétique capable d'utiliser ce mélange gazeux spécifique pour produire une électricité stable et à haut rendement, isolée des perturbations du réseau public ? Plan provisoire
Introduction Générale
Chapitre 1 : Revue de littérature et potentiel énergétique du Lac Kivu
Caractéristiques du gisement gazier.
Principes thermodynamiques des centrales à cycle combiné.
Chapitre 2 : Dimensionnement analytique de la centrale thermoélectrique
Calcul du pouvoir calorifique, bilans massiques et thermiques.
Choix et dimensionnement des turbines et de l'alternateur.
Chapitre 3 : Modélisation et Simulation sous MATLAB/Simulink
Architecture du modèle de simulation.
Implémentation des systèmes de régulation (Vitesse/Tension).
Chapitre 4 : Présentation des résultats et analyse des performances
Réponse du système face aux variations de charge.
Évaluation du rendement global et recommandations techniques.
Conclusion Générale Hypothèses
Hypothèse 1 : L'utilisation d'une centrale à cycle combiné (Turbine à Gaz + Récupérateur de chaleur + Turbine à Vapeur) permettra d'atteindre un rendement électrique global supérieur à 50%, optimisant ainsi la consommation du gaz extrait du lac.
Hypothèse 2 : Malgré la faible proportion relative de méthane pur dans le gaz brut du Kivu (environ 15 à 20%), un ajustement des paramètres de la chambre de combustion et du débit massique garantira une puissance mécanique suffisante pour maintenir l'alternateur au synchronisme (50 Hz), même lors de variations brusques de la charge industrielle. Méthodes
Pour vérifier ces hypothèses, la démarche suivante sera adoptée :
Recherche documentaire : Collecte des données physico-chimiques du gaz du Lac Kivu et des caractéristiques thermiques de l'environnement (température de l'eau pour le refroidissement, pression atmosphérique à l'altitude de Goma).
Dimensionnement analytique : Calcul mathématique des bilans thermiques, des débits massiques nécessaires et de la puissance électrique nominale.
Modélisation numérique : Création du schéma bloc de la centrale sous MATLAB, intégrant la turbine à gaz, le générateur de vapeur à récupération de chaleur, la turbine à vapeur et l'alternateur synchrone.
Simulation et Analyse : Soumission du modèle à des scénarios de "montée en charge" (démarrage de gros moteurs industriels) pour évaluer la réponse dynamique du système (stabilité de la tension U et de la fréquence f). Bibliographie
Rapports de la Banque Mondiale / KivuWatt : Études sur l'extraction et l'utilisation du gaz méthane du Lac Kivu.
Moran, M. J., & Shapiro, H. N. Fundamentals of Engineering Thermodynamics
Kundur, P. Power System Stability and Control.
Documentation MathWorks : Simscape Electrical / Simscape Fluids User's Guide (Pour la modélisation sous MATLAB).
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGE
Encadreur: KAMUNDALA Janvier
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
Dimensionnement et simulation dynamique d'une centrale thermoélectrique à cycle combiné exploitant le gaz méthane du Lac Kivu pour l'alimentation industrielle à Goma
Résumé
Auteur : AMISI Joseph
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-03-04 07:17:27
Mots clés
Central thermoélectriqueIntérêt
Intérêt Technique et Scientifique : Maîtriser le couplage entre la thermodynamique (cycles de Brayton et de Rankine) et l'électrotechnique (machines synchrones et régulation) à travers une modélisation avancée sur MATLAB/Simulink.Intérêt Économique et Industriel : Démontrer qu'une industrie locale peut s'affranchir des groupes électrogènes au diesel (coûteux et polluants) en exploitant une ressource locale continue, avec un rendement global maximisé par la technologie du cycle combiné.
Intérêt Stratégique : Proposer un modèle théorique reproductible qui pourrait inspirer les futurs projets énergétiques de la RDC dans la région du Nord-Kivu, tout en réduisant le risque d'éruption limnique du lac.
Problématique
La ville de Goma et ses environs connaissent une croissance industrielle et démographique rapide, mais le développement est freiné par un déficit énergétique chronique. L'alimentation actuelle, majoritairement hydroélectrique (vulnérable aux étiages) et interconnectée à des réseaux de transport vieillissants, ne garantit pas la stabilité requise par les industriels.Paradoxalement, le sous-sol du Lac Kivu regorge d'environ 60 milliards de mètres cubes de gaz méthane, une ressource locale de base largement inexploitée du côté congolais.Le problème technique à résoudre : Comment dimensionner et modéliser un système de conversion énergétique capable d'utiliser ce mélange gazeux spécifique pour produire une électricité stable et à haut rendement, isolée des perturbations du réseau public ?
Plan provisoire
Introduction GénéraleChapitre 1 : Revue de littérature et potentiel énergétique du Lac Kivu
Caractéristiques du gisement gazier.
Principes thermodynamiques des centrales à cycle combiné.
Chapitre 2 : Dimensionnement analytique de la centrale thermoélectrique
Calcul du pouvoir calorifique, bilans massiques et thermiques.
Choix et dimensionnement des turbines et de l'alternateur.
Chapitre 3 : Modélisation et Simulation sous MATLAB/Simulink
Architecture du modèle de simulation.
Implémentation des systèmes de régulation (Vitesse/Tension).
Chapitre 4 : Présentation des résultats et analyse des performances
Réponse du système face aux variations de charge.
Évaluation du rendement global et recommandations techniques.
Conclusion Générale
Hypothèses
Hypothèse 1 : L'utilisation d'une centrale à cycle combiné (Turbine à Gaz + Récupérateur de chaleur + Turbine à Vapeur) permettra d'atteindre un rendement électrique global supérieur à 50%, optimisant ainsi la consommation du gaz extrait du lac.Hypothèse 2 : Malgré la faible proportion relative de méthane pur dans le gaz brut du Kivu (environ 15 à 20%), un ajustement des paramètres de la chambre de combustion et du débit massique garantira une puissance mécanique suffisante pour maintenir l'alternateur au synchronisme (50 Hz), même lors de variations brusques de la charge industrielle.
Méthodes
Pour vérifier ces hypothèses, la démarche suivante sera adoptée :Recherche documentaire : Collecte des données physico-chimiques du gaz du Lac Kivu et des caractéristiques thermiques de l'environnement (température de l'eau pour le refroidissement, pression atmosphérique à l'altitude de Goma).
Dimensionnement analytique : Calcul mathématique des bilans thermiques, des débits massiques nécessaires et de la puissance électrique nominale.
Modélisation numérique : Création du schéma bloc de la centrale sous MATLAB, intégrant la turbine à gaz, le générateur de vapeur à récupération de chaleur, la turbine à vapeur et l'alternateur synchrone.
Simulation et Analyse : Soumission du modèle à des scénarios de "montée en charge" (démarrage de gros moteurs industriels) pour évaluer la réponse dynamique du système (stabilité de la tension U et de la fréquence f).
Bibliographie
Rapports de la Banque Mondiale / KivuWatt : Études sur l'extraction et l'utilisation du gaz méthane du Lac Kivu.Moran, M. J., & Shapiro, H. N. Fundamentals of Engineering Thermodynamics
Kundur, P. Power System Stability and Control.
Documentation MathWorks : Simscape Electrical / Simscape Fluids User's Guide (Pour la modélisation sous MATLAB).
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGEEncadreur: KAMUNDALA Janvier
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON